卫星海洋学2007年授课教案

卫星海洋学2007年授课教案 海洋环境学院本科生课程教案 单位: 海洋环境学院 学年: 2007 课程名称: 卫星海洋学 课程类型: 专业课 使用教材名称: 推荐使用教材 1:卫星海洋学,中文为主、英文为辅,～编者: 刘玉光～出版社:暂时未出版,集体复印,～列入高等教育出版社计划和国家“十一五”教材规划。 2:An Introduction to Ocean Remote Sensing,海洋环境学院阅览室已购买31本～学生可以借阅,～编者:Seelye Martin (University of Washington)～出版社: stCambridge University Press～出版时间及版次: October 2004, 1 version 3(Fundamentals of Remote Sensing, 编者:Canada Centre for Remote Sensing～由加拿大遥感中心网站提供电子版。编者声明:如果用于非商业目的～读者可免费拷贝本。 适用专业: 海洋科学、海洋管理、大气科学 授课教师: 刘玉光 考试方式: 平时成绩大约占20, 大作业大约占30,(锻炼学生的动手能力和科研能力) 期末考试大约占50,(1.检验学生对于书本知识的熟悉程度和科技英语能力; 2.检验学生对于基本概念和基本理论的理解和记忆) 教学宗旨:“提纲携领”方式教学，讲课中注重要求学生1)了解海洋遥感的常识，2)深入理解物理概念，3)了解海洋遥感的机理，4)了解卫星遥感数据的应用，5)学会下载卫星遥感 1 数据的数据， 6)学会撰写技术报告或科研论文。 2 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 1 周 第 1 次课 时间 9月11日 1 章节或主:第一章 绪论 (Introduction) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容:教材简介 ?1.1 卫星海洋遥感的应用(Applications of Satellite-Oceanic Remote Sensing) 讲解卫星遥感数据的应用(包括各种影视动画) ?1.2 中国气象卫星的发展(Development of Meteorological Satellite in China) ?1.3 中国海洋遥感的进步(Progress of Oceanic Remote Sensing in China) ?1.4 中国卫星发展的现状与目标(Actuality & Goal of Chinese Satellite Development) ?1.5 数据分发(Data Distribution) ?1.6 海洋遥感信息和数据相关网站(Web Sites for Oceanic Remote Sensing Information & Data) ?1.7 讲解大作业样本和布置大作业(Project) 大作业样本的介绍 大作业样本的网站地址: 大作业提交方式: 请将WORD文档格式的研究报告和有关材料(可压缩)，通过ftp交到相应的文件夹。 大作业评分标准: 1) 完成数据下载、必要的程序、绘图和基本内容，可获得75-79分。 2) 有比较正规的标题、中英文摘要、关键词、参考文献，可获得80-84分。 3) 内容比较充实、比较详细，可获得85-89分。 4) 使用统计工具或者其它数学方法对数据进行分析，获得初步清晰结论，可获得90-94分。 5) 完成有潜在发价值的研究成果的论文，可获得95-100分。 6)有数据动画的可加1-5分。 重点: ?1.6 海洋遥感信息和数据相关网站 ?1.7 讲解大作业样本和布置大作业 难点:无 教学手段与方法:多媒体教学、大作业样本展示 思考题、讨论题或作业: 1 举例说明什么是卫星海洋学，它主要包括哪些方面的研究, 2 名词解释:El Niño、La Niña 、ENSO、TOGA、TAO、NOAA/TIROS、TOPEX/Poseidon。 3 请简要解释我国气象和海洋卫星的发展现状。 4 请上网查询3个国外政府卫星遥感网站、3个国外大学卫星遥感网站和3个国内遥感网站， 并叙述如何检索、下载文献和数据。 5 请从网站中下载一幅遥感图像，给予中英文解释，并注名网站地址。 3 6 阅读下列网站之一，并使用中文和英文做出简要的介绍(不超过2页) a) 欧空局的网页中关于欧洲遥感卫星ERS-1/2的介绍。 b) 美国宇航局喷气推进实验室的网页对TOPEX/ POSEIDON 和 Jason-1 的介绍。 c) 美国宇航局喷气推进实验室物理海洋学数据分发存档中心(PODAAC)的两个网页 和 对高度计卫星TOPEX/ Poseidon的数据资料的介绍. d) 对散射计SeaWinds数据产品的介 绍。对NSCAT数据资料做出的介 绍。 e) 美国德克萨斯大学空间研究中心的网页和网页 对使用TOPEX/Poseidon资料进行海洋学研 究做出的介绍。 f) 日本国家航天发展局(NASDA)对 高级地球观测卫星一号ADEOS-1做出的介绍。 7 大作业(Project) a) 请上网查阅并下载海表面温度(SST)、海表面风速(wind)、海平面异常SLA(Sea Level Anomaly)、海水叶绿素浓度(chlorophyll concentration)、臭氧浓度(ozone concentration)、垂程水汽含量(vertical water vapor column thickness)、气溶胶光 学厚度、卫星云图等数据资料或图像资料中的任何一种。要求一个数据产品的样本资料， 并写出资料来源和有关信息的说明。 b) 编制程序读、写二进制数据、压缩数据或者配有色度标尺的图像数据。 c) 依据读取的数据，作图表现一个特定海域的图像、一个物理量的时间序列，或以空间为 横坐标、以时间为纵坐标的多维时间序列。提示:不要求全部遵照要求去做，根据自己爱 好学到需要的知识和技能即可。 8 大作业(Project) a) 请上网()，根据 网上提示查阅并下载塔希提岛和达尔文港海平面气压(SLP:Sea Level Pressure)的时间 序列数据。 b) 根据本章介绍的公式，计算1866年以来逐月的南方涛动指数(SOI)。 c) 依据计算结果，画图显示1866年以来南方涛动指数(SOI)随时间的变化。 d) 请上网下载美国大气研究高校协会UCAR(University Corporation for Atmospheric Research)()的南方涛 动指数(SOI)数据和曲线图。 e) 通过网站()查询美国国家环境预报中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)的网站，并下载太平洋任意一个海域的风场数据，并作 图显示之。 f) 从一个英文网站下载一篇关于卫星遥感的PDF格式文献，综述其精华部分(不少于2页)， 文中要交代网站地址、文献索引和作者名称。 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 4 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 1 周 第2 次课 时间 9月13日 1 章节或主题:第二章 气象卫星与水色卫星 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: ?2.1 遥感和遥感技术(Remote Sensing & Remote Sensing Technology) ?2.2 气象卫星和主要传感器(Meteorological Satellite & Major Sensors) ?2.3 中国风云卫星和传感器(China’s FY Satellite & Sensors) ?2.4 水色卫星和主要传感器(Ocean Color Satellite & Major Sensors) ?2.5 中国“海洋一号”卫星及数据产品(China’s HY-1 Satellite & Data Products) ?2.6 NOAA气象卫星和Argos数据收集传输系统(NOAA’s Meteorological Satellites & ARGOS — A Data Collection Relay System) 重点: ?2.2 气象卫星和主要传感器 ?2.4 水色卫星和主要传感器 难点:无 教学手段与方法:多媒体教学 思考题、讨论题或作业: 1 什么波长范围的电磁波称为紫外、可见光、红外和微波等波段,请分别用纳米(nm)和微 米(μm)作为单位叙述。在热红外范围的哪两个波段可应用于海表面温度遥感,微波遥感在哪 个方面比可见光和红外遥感具有优势,可见光和红外遥感在哪个方面比微波遥感具有优 势,并使用英文写出以上使用的专门名词。 2 请简要介绍中国和美国发射的极轨气象卫星和地球静止气象卫星的名称和它们的轨道信息， 极轨气象卫星的轨道信息包括卫星高度、节点、倾角和轨道周期;地球静止气象卫星的轨道 信息包括卫星高度、经纬度位置。解释什么是升轨和降轨,并使用英文写出以上使用的专门 名词。 3 请简要介绍美国发射的NOAA/TIROS系列卫星携带的主要传感器—AVHRR和TOVS，包 括它们的波段(通道)对应的波长和主要用途、AVHRR的刈幅宽度和星下点分辨率，并使 用英文写出以上使用的专门名词。 4 请简要介绍中国发射的“风云一号”(FY-1)系列卫星携带的主要传感器—多通道可见光和 5 红外扫描辐射计(MVISR)，包括它们的波段(通道)对应的波长和主要用途、MVISR的刈幅 宽度和星下点分辨率。并使用英文写出以上使用的专门名词。 5 请简要介绍中国发射的“风云二号”(FY-2)系列卫星携带的主要传感器—可见光和红外自 旋扫描辐射计VISSR，包括它们的波段(通道)对应的波长和主要用途、VISSR的刈幅宽 度和星下点分辨率。并使用英文写出以上使用的专门名词。 6 请解释名词:高分辨率图像传输(HRPT)、自动图像传输(APT)、中国高分辨图像传输 CHRPT。 7 水色传感器与陆地资源或气象传感器的主要不同点是什么, 8 请简要介绍美国发射的NIMBUS-7、SeaStar、EOS-AM(TERRA)和EOS-PM(AQUA) 的发射时间和轨道信息，并简要叙述这些卫星携带的主要传感器—CZCS、SeaWiFS和 MODIS的波段(通道)、星下点分辨率和刈幅信息。 9 请简要介绍中国发射的HY-1A的发射时间和轨道信息，并简要叙述该卫星携带的传感器— 中国海洋水色和温度扫描仪COCTS和CCD的波段(通道)、星下点分辨率和刈幅信息。并 介绍HY-1A卫星地面应用系统数据产品种类。 10名词解释:Argos、GPS、TOGA、TAO、NOAA/POES、Aqua、ADEOS、MOS-1。给出下 列传感器AMSR、SeaWinds、AMSR-E、AMSU、MODIS的英文全名和装载它们的卫星名 称。 11 大作业(Project): a) 请上网查阅，进而阐述海表面温度(SST: Sea Surface Temperature)的AVHRR反演算 法，或者其它任何一种物理量的任何一个传感器算法。 b) 编制程序读取AVHRR或者中国海洋水色和温度扫描仪COCTS的水平1B数据集的压缩 数据，或者其它任何一种网上遥感数据的读取程序。 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 6 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第2 周 第3 次课 时间 9月18日 2 章节或主题: 第三章 海洋卫星与陆地卫星(Oceanic Satellite & Land-Observing Satellite) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: ?3.1 携带微波传感器的海洋卫星(Oceanic Satellites with Microwave Sensors) ?3.2 欧洲遥感卫星ERS-1/2和ENVISAT(European Remote Sensing Satellite ERS-1/2 & ENVISAT) ?3.3 携带高度计的卫星TOPEX/Poseidon和Jason-1(Satellites Carrying Altimeter) ?3.4 携带合成孔径雷达的加拿大卫星RADARSAT(Canada’s RADARSAT with SAR) ?3.5 携带散射计的卫星(Satellites Carrying Scatterometer) ?3.6 陆地和海岸带观测卫星(Land & Coastal Zone Observation Satellite) ?3.7 高分辨率商业和军事卫星(Satellites with High Resolution for Commercial & Military Purpose) ?3.8 历史上著名的海洋观测卫星(Famous Ocean-Looking Satellites in History) 重点: ?3.1 携带微波传感器的海洋卫星(Oceanic Satellites with Microwave Sensors) ?3.8 历史上著名的海洋观测卫星(Famous Ocean-Looking Satellites in History) 难点:无 教学手段与方法: 多媒体教学 7 思考题、讨论题或作业: 1 写出带有微波传感器的六种海洋卫星和传感器的中英文名称。 2 哪一个卫星携带的什么传感器采用的C波段,如果一个雷达的频率是5.3GHz, 它的波长应是多少厘米,哪一个卫星和什么传感器采用的Ku波段,如果一个雷 达的频率是13.4GHz, 它的波长应是多少厘米,(提示:电磁波的相速度等于光 速) 。 3 举例介绍可见光和近红外辐射计、热红外辐射计、微波辐射计、合成孔径雷达、 高度计、散射计的一至两项主要用途。指出属于被动(不辐射电磁波而只接受被 体的辐射)还是主动(既辐射电磁波又接受其在被检测体的回波信号)遥感 方式，并指出属于可见光、红外、微波三种波段类型中何种。如果一个雷达的频 率是1.5GHz, 它的波长应是多少厘米, 4 简要介绍下列卫星:ERS1/2、ENVISAT、TOPEX/Poseidon、Jason-1、 RADARSAT、ADEOS1/2、QuikSCAT、Landsat-7、SPOT-5、MOS-1、CBERS1/2、 Seasat-A、Nimbus-7、GEOSAT、GEOS-3、EOS、AQUA、TERRA，写出发 射时间、资助国家或机构、携带的主要传感器、和传感器的主要用途。 5 简要介绍下列传感器:NSCAT、SeaWinds、AMSR、AMSR-E、SAR、NRA、 SSALT、TMR、JMR、ALT、AMI、RA、ATSR、ASAR、SASS、TM、ETM+， 指出它们属于可见光、红外、微波哪个波段,指出英文全名(如果存在的话)和 装载它们的卫星名称。 6 请给出3种水色遥感的传感器名称(英文缩写或者中文都可以，以下要求相同)、 1种气象卫星的传感器名称、我国能够接收到的3个气象卫星的名称、2个高度 计专用卫星的名称、3个装载合成孔径雷达的卫星名称、3个携带散射计的卫星 名称。 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 8 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 3 周 第4 次课 时间 9月25日 3 章节或主题: 第四章 卫星轨道与分辨率(Oceanic Satellite & Resolution) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: ?4.1 卫星轨道(Orbits of Satellite) ?4.1.1 坐标系和太阳同步轨道(Coordinate Systems & Sun-Synchronous Orbit) ?4.1.2 地球同步轨道或地球静止轨道(Geo-Synchronous Orbit or Geostationary Orbit) ?4.1.3 高度计卫星轨道(Altimeter Satellite Orbit) ?4.1.4 精确的循环轨道(Exactly Recurring Orbit) ?4.2 分辨率(Resolution) ?4.2.1 夫琅和费圆孔衍射(Fraunhofer Diffraction of a Round Hole) ?4.2.2 光学分辨率(Optical Resolution) ?4.2.3 微波雷达的分辨率(Resolution of Microwave Radar) 重点: 太阳同步轨道、地球同步轨道、分辨率的概念 难点: 以地球为中心的坐标系 教学手段与方法: 多媒体教学 9 思考题、讨论题或作业: 第四章 1 计算地球同步轨道卫星的近似高度，和太阳同步轨道卫星(设卫星绕地球运行的轨道周期是100分钟)的近似高度。列出万有引力定律与牛顿第二定律的公式。并列出角速度与轨道周期的关系式。 2 光学望远镜或者权函数f(x)=1的微波雷达的角分辨率Δα和空间分辨率d与_______成正比，与_______成反比。(选择:?天线的孔径D，?电磁波的波长λ，?观测的天顶角θ)。 3 简要解释:太阳同步轨道(sun- synchronous orbit)、地球同步轨道(geo-synchronous orbit)、高度计卫星轨道(altimeter satellite orbit)、精确的循环轨道(exactly recurring orbit)、轨道倾角(inclination)、升轨点(ascending node)、降轨点(descending node)、节点(nodes)、星下点(sub-satellite point)、天底点(nadir)、节点周期(nodal period)、轨道周期(orbit period)、卫星绕地球的公转(revolution)、重复周期(repeat period)、再访问时间(revisit time)、循环周期(recurrent period)、PASS、CYCLE。 4 填空:1997年美国发射的装载着宽视场海洋观测传感器SeaWiFS的SeaStar卫星，SeaStar卫星的循环周期(recurrent period)是 ______ ，传感器SeaWiFS完成全球覆盖的重复周期为 ______ ，每个重复周期(repeat period)包含29个轨道周期，每个轨道周期(orbit period)为1.648 小时。在低纬度地区，SeaWiFS的再访问时间(revisit time)是 ______ ;在高纬度地区，SeaWiFS的再访问时间(revisit time)是 ______ 。(选择:?1天;?2天;?16天;?35天) 5 可见光、红外辐射计和微波雷达的角分辨率和空间分辨率分别由哪三个参数确定，请给出计算公式。 6 大作业(Project) 使用多媒体(Microsoft Office Power Point )绘制几幅示意图，以解释循环周期(recurrent period)、轨道周期(orbit period)、重复周期(repeat period)、再访问时间(revisit time)、太阳同步轨道(sun- synchronous orbit)、地球同步轨道(geo-synchronous orbit)、高度计卫星轨道(altimeter satellite orbit)、精确的循环轨道(exactly recurring orbit)、轨道倾角(inclination)、升轨点(ascending node)、降轨点(descending node)、节点(nodes)、星下点(sub-satellite point)等。 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 10 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 3 周 第5 次课 时间 9月27日 3 章节或主题: 第五章 电磁辐射(Electromagnetic Radiation) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: 第五章 电磁辐射(Electromagnetic Radiation) ?5.1 电磁波的波段(Bands of Electromagnetic Waves) ?5.2 麦克斯韦方程组和它们的解(Maxwell′s Equations & Their Solutions) ?5.3 辐射术语(Radiometric Terms) ?5.3.1 极化和立体角Ω(Polarization & Solid Angle Ω) ?5.3.2 辐射术语(Radiometric Terms) ?5.3.3 朗伯表面(Lambert surface) ?5.4 基尔霍夫定律(Kirchoff Law) 重点: 电磁波的波段、辐亮度与辐照度概念 难点: 基尔霍夫定律(Kirchoff Law)、水平极化和垂直极化 教学手段与方法: 多媒体教学 11 思考题、讨论题或作业: 第五章: 1 请将下列电磁波按波长由小到大顺序排列:近红外，远红外，中红外，C-band，Ku-band, X-band，红光，蓝光，绿光，紫外线，黄光，黄绿光，黄红光，热红外线。 2 麦克斯韦方程组是关于电磁场传播的波动方程，请完成下列问题: 1)写出电场的一个特解。 2)写出光速c与真空中介电常数ε和和磁导率μ的关系。 0 0 3)写出在有介质(非真空)情况下复折射率n与电磁波复速度的关系。 4)分别说明复折射率n、复波数k和复速度v的实部和虚部的物理意义。 3 写出立体角微分dΩ的定义和对应面积微分dS的表达公式，式中包括单位的英文缩写，计算整个球面的立体角。 4 有哪些物理量能够描述电磁波的辐射功率,请给出它们的定义和中英文名称和单位。辐亮度与辐照度有什么区别, 5 什么叫水平极化和垂直极化, 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 12 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 5 周 第6 次课 时间 10月9日 5 章节或主题: 第五章 电磁辐射(Electromagnetic Radiation) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: 第五章 电磁辐射(Electromagnetic Radiation) ?5.5 黑体辐射(Blackbody Radiation) ?5.5.1 黑体(Blackbody) ?5.5.2 普朗克定律和瑞利-金斯定律(Planck Law & Rayleigh-Jeans Law) ?5.5.3 亮温(Brightness Temperature) ?5.6 菲涅耳公式(Fresnel Formula) ?5.7 菲涅耳反射率ρ的公式(Equations of Fresnel Reflectance ρ) ?5.8 相对电容率的公式(Equations of Relative Permittivity) 重点: 普朗克定律(Planck Law)、太阳和地球自发辐射的辐照度(irradiance)随波长的分布 难点: 亮温(Brightness Temperature) 教学手段与方法: 多媒体教学 13 思考题、讨论题或作业: 第五章: 6 热红外波段传感器测海面亮温或微波波段传感器测海面亮温的理论依据是什么,根据哪个 定律(或方程)进行计算,卫星遥感测海温使用主动还是被动的传感器，为什么,测温传感 器接收信号是海面的辐亮度L还是辐射强度I,为什么, 7 给出反射率、吸收率、发射率、透射率的定义和英文表述，它们的基本关系是什么,基尔霍 夫(Kirchoff)定律条件是什么,在条件满足的情况下该定律表达什么思想, 8 简要阐述普朗克定律、斯忒藩-玻耳兹曼定律、瑞利-金斯定律、维恩位移定律的联系，并从 普朗克定律推导其余三个定律。 9 瑞利-金斯定律描述在低于300GHz的频率范围，辐亮度L(f)与温度T(f)成线性关系。 请问:当将该定律应用于灰体时，这里的温度T(f)指什么,是指与灰体(例如海面)具有 相同温度的黑体温度，还是指海面亮温,(提示:灰体辐射的辐亮度不同于与灰体具有相同 温度的黑体辐射的辐亮度) ,,,10 复折射率的实部有什么物理意义，与哪个定律相联系，用公式说明，对可见光nnin,, 波段如何测量,对微波波段如何计算, 11 菲涅耳反射率ρ与反射率r(λ)的区别是什么,菲涅耳反射率ρ与漫反射率R的区别是什么, 在水气界面处有关光通量的研究中使用ρ还是R，在水下光通量的研究中使用ρ还是R, 12 写出垂直入射情况下的菲涅耳反射率的表达式。如果界面两处都不是空气或真空，应该如何 写出菲涅耳反射率的表达式, 13 菲涅耳反射率与发射率的关系,与吸收率、透射率的关系,推导中用了什么定律,分别针对 可见光在海面的反射和微波在海面的反射，举例说出菲涅耳反射率的数值。 14 写出德拜方程的表达式以及每一项的名称。相对电容率与哪些物理量有关,为什么L波段 (1,2GHz)的微波辐射计可用于测海表面盐度,单靠L波段辐射计可测海表面盐度吗, 15 有人说“太阳光照在我们身上，其中热红外波段输出的热量最大。”和“顾名思义，热红外 光最热。”这种看法对吗,为什么, 16 大作业(Project) a) 根据德拜方程(Debye Equation)，计算在20?C时淡水和盐度为35的海水的相对电容 率，并作图画出相对电容率的实部和虚部分别相对于电磁波频率的变化;计算在20?C 时盐度为35psu的海水和30?C时盐度为35的海水的相对电容率(relative permittivity)， 并作图画出相对电容率的实部和虚部分别相对于电磁波频率(1,40GHz)的变化。 b) 根据菲涅尔反射率公式，作图画出在30?入射角(incidence angle)条件下菲涅尔反射 率相对于电磁波频率(1,40GHz)的变化，作图画出在1.4GHz条件下菲涅尔反射率 (Fresnel reflectance)、海面发射率(emissivity)和海面亮温相对于入射角的变化。 c) 根据德拜方程(Debye Equation)参数的两种不同的计算公式(Ellison等1998;Guillou 等1998;Klein 和 Swift 1977)，分别完成关于相对电容率、菲涅尔反射率、海面发射 率(emissivity)和海面亮温(brightness temperature)的计算和作图，比较它们之间 的差别。 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 14 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 5 周 第7 次课 时间 10月11日 5 章节或主题: 第五章 电磁辐射(Electromagnetic Radiation) 讲座1 使用路易斯安娜州立大学讲座课件— 第6讲 (LSU Lecture 6): Electromagnetic Radiation 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: Martin英文原版书 Ch 3 Electromagnetic Radiation 3.1 Introduction 3.2 Descriptions of electromagnetic radiation 3.3 Ways to describe EMR 3.4 Radiation from a perfect emitter 3.5 The ideal instrument Ch 4 Atmospheric Properties and Radiative Transfer Ch 8 Infrared Observations of Sea Surface Temperature 重点: Radiation from a perfect emitter 难点: 教学手段与方法: 多媒体教学 思考题、讨论题或作业: 1) What is SST? 2) Difference between skin and bulk temperature can vary by as much as +-1? C. 3) Daytime heating and night-time cooling. 4) Air-sea heat exchange (evaporation, wind and wave mixing). 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 15 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 6 周 第8 次课 时间 10月16日 6 章节或主题: 第六章 散射和吸收(Scatter and Absorption) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: ?6.1 描述衰减的术语(Terms Used to Describe Attenuation) ?6.1.1 复折射率和穿透深度(Complex Index of Refraction & Penetration Depth) ?6.1.2 衰减系数和光学厚度(Attenuation Coefficient & Optical Thickness) ?6.1.3 漫衰减系数和光束衰减系数(Diffuse Attenuation Coefficient & Beam Attenuation Coefficient) ?6.1.4 体积散射函数(Volume Scattering Function) ?6.1.5 粒子的尺度分布函数和单粒子衰减截面(Size Distribution of Particles & Attenuation Cross-Section of Single Particle) ?6.1.6 米氏散射和瑞利散射(Mie Scatter & Rayleigh Scatter) 重点: ?6.1.2 衰减系数和光学厚度(Attenuation Coefficient & Optical Thickness) 难点: ?6.1.1 复折射率和穿透深度(Complex Index of Refraction & Penetration Depth) 教学手段与方法: 多媒体教学 16 思考题、讨论题或作业: 第六章 1 写出复折射率的虚部n″与穿透深度(penetration depth)z的关系式。 90 2 朗伯-比尔透射定律的微分形式和积分形式是什么, 3 写出衰减系数(attenuation coefficient)k(λ)和光学厚度(optical thickness)a 的定义。 4 用公式表示粒子的尺度分布函数、单粒子衰减截面与衰减系数的关系，并叙述粒 子的尺度分布函数、衰减系数和单粒子衰减截面的量纲。海雾粒子尺度分布函数 的一般形式是什么, 5 简要阐述米氏散射和瑞利散射的使用条件。大气层空气分子的散射属于哪一种, 气溶胶散射对可见光和微波各属于哪一种,为什么, 6 请阐述大气的透射率t(transmittance)与大气的光学厚度(optical thickness) 的关系，并给出大气的透射率t、大气的光学质量(optical air mass)、太阳天顶 角(solar zenith angle)、大气的光学厚度(optical thickness)之间的关系式， 并给出光学厚度和光学质量的物理意义和单位。 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 17 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 6 周 第9 次课 时间 10月23日 6 章节或主题: 第六章 散射和吸收(Scatter and Absorption) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: ?6.2 辐射传输方程?(Radiative Transfer Equation?) ?6.2.1 大气辐射传输方程(Radiative Transfer Equation in the Atmosphere) ?6.2.2 光学质量和光学厚度(Optical Mass & Optical Thickness) ?6.3 大气层和大气窗(Aerosphere & Atmospheric Windows) ?6.3.1 对流层、同温层和电离层(Troposphere，Stratosphere & Ionosphere) ?6.3.2 臭氧(Ozone) ?6.3.3 气溶胶(Aerosols) ?6.3.4 大气层空气分子、臭氧和气溶胶的光学厚度(Optical Thicknesses of Atmospheric Air Molecules, Ozone & Aerosols) ?6.3.5 水蒸汽和氧气的吸收(Absorptions of Water Vapor and Oxygen) ?6.3.6 大气窗(Atmospheric Windows) ?6.4 辐射传输方程?(Radiative Transfer Equation?) ?6.4.1 粒子的辐射传输方程(Radiative Transfer Equation with Particulates) ?6.4.2 有边界存在时的辐射传输(Radiative Transfer in the Presence of a Boundary) 重点: ?6.4 辐射传输方程?(Radiative Transfer Equation?) 难点: ?6.2.2 光学质量和光学厚度(Optical Mass & Optical Thickness) 教学手段与方法: 多媒体教学 18 思考题、讨论题或作业: 7 请阐述大气的透射率t(transmittance)与大气的光学厚度(optical thickness) 的关系，并给出大气的透射率t、大气的光学质量(optical air mass)、太阳天 顶角(solar zenith angle)、大气的光学厚度(optical thickness)之间的关系 式，并给出光学厚度和光学质量的物理意义和单位。 8 在有边界存在时的辐射传输下哪几项对传感器接收的信号做出贡献,请阐述下 列方程右边三项的物理意义: T,T(1,t)，t[eT，(1,e)(1,t)T]AsssA。9 欲探测海表面温度，传感器应选在大气窗内还是大气窗外,为什么, 10 已知400 nm 的紫光在纯净海水里的穿透深度大约是75米，700 nm 的红光在 纯净海水里的穿透深度大约是3米，请计算海水对于可见光和红外光的复折射 率的虚部。将其与10 GHz微波的复折射率的虚部n″= 2.43比较，并阐述二者 差别的物理意义。在某些2类水体海域，400 nm紫光的穿透深度仅达10米， 700 nm 红光的穿透深度仅达1米，它们各自的复折射率的虚部是多少, 11 什么是光学厚度(optical thickness)、皮层厚度(skin-depth)和穿透深度 (penetration depth)z, 90 12 如何理解“亮温”(brightness temperature),举例说明“亮温”与热力学温度 的区别。 13 光学厚度(optical thickness)τ、衰减系数(attenuation coefficient)k 以及a 复折射率(complex index of refraction)的虚部n″之间的关系是什么, ,,,14 复折射率的实部和虚部有什么物理意义，与相对电容率有什么联系,ni,,nn 对于海水，在可见光波段如何测量复折射率,在微波波段如何计算复折射率,分 别对于微波和可见光，请举例说明海水的复折射率、相对电容率、光学厚度和穿 透深度的大小。 ,,,15 复折射率的实部有什么物理意义，与哪个定律相联系(用公式说明),nnin,, 写出复折射率的虚部n″与衰减系数 k(f, z)之间的关系式,分别叙述在可见光a 波段和微波波段如何获得复折射率的虚部,(提示:使用体积衰减系数测量仪— “c仪器”，获得衰减系数 k(f, z)) a 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 19 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 7 周 第9 次课 时间 10月23日 7 章节或主题: 第七章 辐射计和水色遥感(Radiometer & Ocean Color Remote Sensing) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: ?7.1 辐射计(Radiometer) ?7.2 水色遥感简介(Introduction to Ocean Color Remote Sensing) ?7.2.1 卫星和传感器(Satellites & Sensors) ?7.2.2 初级生产力(Primary Productivity) ?7.2.3 水体类型(Water Case) ?7.2.4 黄色物质(Yellow Substance or Gelbstoff) ?7.2.5 浮游植物色素(Phytoplankton Pigment) ?7.3 大气校正(Atmospheric Correction) ?7.3.1 大气透射率(Atmospheric Transmittance) ?7.3.2 离水辐射的贡献(Contribution from Water-Leaving Radiation) ?7.3.3 气溶胶散射的辐亮度(Radiance Scattered by Aerosols) ?7.3.4 MODIS的大气校正方程(Atmospheric Correction Equation of MODIS) 重点: ?7.3.4 MODIS的大气校正方程(Atmospheric Correction Equation of MODIS) 难点: ?7.3.3 气溶胶散射的辐亮度(Radiance Scattered by Aerosols) 教学手段与方法: 多媒体教学 20 思考题、讨论题或作业: 1 写出六种与水色遥感有关的卫星与传感器的名称(中英文)，并指出水色遥感涉 及海洋水体要素的三种主要产品名称。 2 什么是黄色物质、气溶胶、色素浓度、第一类水体以及第二类水体, 3 写出水色遥感的大气校正方程，分别介绍各项的物理意义，并写出大气透射率与 光学厚度的关系。 4 写出在离水辐射小节中离水辐射L(λ,θ)的光学算法表达式，说明各项特别是w 菲涅耳反射率、反照率、反射率和漫反射率的物理意义。 5 指出与海水漫反射率R有关的描述固有光学性质的物理量。为什么它们表达了海 水的固有光学性质, 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 21 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 7 周 第10 次课 时间 10月25日 7 章节或主题: 第七章 辐射计和水色遥感(Radiometer & Ocean Color Remote Sensing) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: ?7.4 水色遥感的科学术语(Scientific Terms of Ocean Color Remote Sensing) ?7.4.1 离水辐亮度(Water-Leaving Radiance) ?7.4.2 遥感反射率(Remote Sensing Reflectance) ?7.5 海洋水色要素的生物光学算法(Bio-Optical Algorithms of Ocean Color,Elements) ?7.5.1 分析算法(Analytical Algorithm) ?7.5.2 波段比值模型的分析基础(Analytical Basis of Band-Ratio Models) ?7.5.3 基于蓝绿比值的SeaWiFS经验算法(SeaWiFS Empirical Algorithm Based on Blue to Green Ratio) ?7.5.4 基于蓝绿比值的MODIS经验算法(MODIS Empirical Algorithm Based on Blue to Green Ratio) ?7.5.5 基于蓝绿比值的CZCS经验算法(CZCS Empirical Algorithm Based on Blue to Green Ratio) ?7.6 二类水体的水色反演算法(Algorithms of Ocean Color Retrieval for Case 2 Waters) ?7.6.1 代数法和非线性最优化法(Algebraic Algorithm & Nonlinear Optimization Algorithm) ?7.6.2 主成分分析法和人工神经网络方法(Principal Component Analysis Algorithm & Artificial Neural Network Algorithm) ?7.6.3 海洋水色要素的经验算法(Empirical Algorithm of Ocean Color Elements) ?7.6.4 叶绿素-a垂向最大值的经验算法(Empirical Algorithm for the Deep Chlorophyll-a Concentration Maximum) ?7.6.5 赤潮(Red Tide) 重点: ?7.4.1 离水辐亮度(Water-Leaving Radiance) ?7.4.2 遥感反射率(Remote Sensing Reflectance) 难点: ?7.4.2 遥感反射率(Remote Sensing Reflectance) 教学手段与方法: 多媒体教学 22 思考题、讨论题或作业: 6 画出典型的一类水体叶绿素的离水辐射光谱曲线图。利用哪两个(用中心波长表 示)波段可以利用经验方法分辨出叶绿素浓度，利用水色扫描仪哪一个波段可以 分辨荧光水平, 7 画出典型的离水辐射光谱曲线，指出利用水色扫描仪哪个波段可分辨泥沙含量。 8 在各向同性介质内部，辐亮度L和辐照度E有如下关系:LQ=E。试从辐亮度L 和辐照度E的定义出发，推导各向同性介质内部的光场Q因子(Q factor of light field)的值。 9 为什么在二类水体海域，水色遥感的大气校正异常困难, 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 23 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 8 周 第11 次课 时间 10月30日 8 章节或主题: 第八章 热红外辐射计(Thermal-Infrared Radiometer) 第九章 微波辐射计(Microwave Radiometer) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: 第八章 热红外辐射计(Thermal-Infrared Radiometer) ?8.1 红外辐射计(Infrared Radiometer) ?8.2 热红外辐射计(Thermal-Infrared Radiometer) ?8.3 热红外遥感的海洋学应用(Oceanographic Applications of Thermal-Infrared Remote Sensing) ?8.4 试验型MODIS 红外波段海表面温度算法(Proto-MODIS Infrared SST Algorithm) 第九章 微波辐射计(Microwave Radiometer) ?9.1 微波辐射计(Microwave Radiometer) ?9.1.1 微波辐射计简介(Introduction to Microwave Radiometer) 重点: ?8.2 热红外辐射计(Thermal-Infrared Radiometer) ?9.1.1 微波辐射计简介(Introduction to Microwave Radiometer) 难点: 无 教学手段与方法: 多媒体教学 24 思考题、讨论题或作业: 1 查阅有关遥感的一篇英文文献，使用中文综述文献的主要内容(例如算法和应用 等)。 2 为什么选择MODIS的31通道(10.780,11.280 µm)和32通道(11.770,12.270 µm)，以及20通道(3.660,3.840 µm)、22通道(3.929,3.989 µm)和23 通道(4.020,4.080 µm)探测海表面温度(sea surface temperature),选择 MODIS的24通道(4.433,4.498 µm)和25通道(4.482,4.549 µm)探测大 气温度剖面(Atmospheric Temperature Profile),选择MODIS的17通道(890, 920 nm)、18通道(931,941 nm)和19通道(915,965 nm)探测大气中的 水汽(Atmospheric Water Vapor), 3 “迈阿密探路者”的MODIS海表面温度算法是如何进行大气校正的, 4 填空:MODIS热红外通道辐亮度L通过 ______ 与该通道的黑体温度T相联系;ii MODIS热红外通道的黑体温度T通过 ______ 与海表面温度相联系。(选择:i ?基尔霍夫定律，?经验公式，?普朗克定律，?瑞利-金斯定律) 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 25 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 9 周 第12 次课 时间 11月6日 9 章节或主题: 第九章 微波辐射计(Microwave Radiometer) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: ?9.1.2 在微波波段的辐射传输方程(Radiative Transfer Equation in Microwave Bands) ?9.2 海面的微波发射率(Microwave Emissivity of Sea Surface) ?9.2.1 平静海面的微波发射率(Microwave Emissivity of Calm Sea Surface) ?9.2.2 粗糙海面的微波发射率(Microwave Emissivity of Rough Sea Surface) ?9.2.3 基于小斜率近似的海面发射率模型(Sea Surface Emissivity Model based on Small Slope Approximation) ?9.2.4 海面发射率的SSM/I算法(SSM/I Algorithm of Sea Surface Emissivity) ?9.3 海面物理参数的遥感(Remote Sensing of Sea Surface Physical Parameters) ?9.3.1 微波辐射计的海表面温度反演算法(Sea Surface Temperature Retrieval Algorithm for Microwave Radiometer) ?9.3.2 微波辐射计的海上风速反演算法(Ocean Wind Speed Retrieval Algorithm for Microwave Radiometer) ?9.4 雷达(Radar) ?9.4.1 雷达的波束宽度(Beam Width of Radar) ?9.4.2 天线的方向参数(Directional Parameters of Antenna) ?9.4.3 辐亮度与温度的关系(Relation between Radiance and Temperature) ?9.4.4 天线的传输函数(Antenna Transfer Function) 重点: ?9.2.1 平静海面的微波发射率(Microwave Emissivity of Calm Sea Surface) ?9.2.2 粗糙海面的微波发射率(Microwave Emissivity of Rough Sea Surface) 难点: ?9.1.2 在微波波段的辐射传输方程(Radiative Transfer Equation in Microwave Bands) 教学手段与方法: 多媒体教学 26 思考题、讨论题或作业: 1 请回答在微波波段的辐射传输方程(radiative transfer equation) 2 T(,h)etTT(,h)tTt(TTT),,，,，,，,，，sudgalcossun 各项和每个字母代表什么意义, 大气介质内部的基尔霍夫定律体现在何处, 2 填空:平静海面的微波亮温T通过 _____ 与海面发射率e相联系，海面发射率 e通过 _____ 与菲涅耳反射率ρ相联系，菲涅耳反射率ρ通过 _____ 与相对 电容率ε相联系，相对电容率ε通过 _____ 与海表面温度和盐度相联系。(选rr 择:?基尔霍夫定律，?菲涅耳公式，?德拜方程，?瑞利-金斯定律，?发射 率定义) 3 填空:在1-40GHz频率范围内，菲涅耳反射率ρ在 _____ 随海表面盐度变化 最大，在 _____ 随海表面温度变化最大，在 _____ 随海表面温度和盐度变化 最小，(选择:?X波段，?C波段，?L波段，?Ka波段，?Ku波段) 4 粗糙海面的微波发射率e等于平静海面的发射率e与风所引起的海面发射率变0 化?e之和。风所引起的海面发射率变化?e通过 _____ 与风速U和风向υ相10 联系，通过 _____ 与海水的复相对电容率ε相联系，通过 _____ 与海表面温r 度T和海表面盐度S相联系。使用L波段辐射计探测海表面盐度，采用 _____ SS 能够摆脱风向的干扰。(选择:?权重因子g和g，?复相对电容率ε和德拜方hvr 程，?双极化和小天顶角探测技术， ?风浪方向谱模型W，?小扰动近似和小 斜率近似) 5 微波辐射计SSM/I反演风速的两种算法(包括SSM/I-GSW算法和SSM/I-GSWP 算法)在风速小于15m/s条件下反演精度达到 _____。(选择:?2m/s，?1m/s) 6 填空:天线的半功率波束宽度(half-power beam-width)与 ______ 成正比， 与 ______ 成反比。(选择:?天线的孔径D，?电磁波的波长λ，?观测的天 顶角) 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 27 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 9 周 第13 次课 时间 11月8日 9 章节或主题: 第十章 散射计(Scatterometer) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: ?10.1 卫星和散射计(Satellite & Scatterometer) ?10.2 标准化雷达后向散射截面(Normalized Radar Backscatter Cross Section) ?10.3 电磁波在粗糙海面的散射(Scatter of EM Waves at a Rough Sea Surface) ?10.3.1 镜面反射理论(Specular Reflection Theory) ?10.3.2 海表面斜率的概率密度函数(Probability Density Function of the Sea Surface Slopes) ?10.3.3 布喇格共振散射(Bragg Resonant Scattering) ?10.3.4 两尺度散射模型(Two-Scale Scattering Model) ?10.4 经验模型(Empirical Model) ?10.4.1 海洋风反演的经验模型(Empirical Model of Oceanic Wind Retrieval) ?10.4.2 两个模型之间的比较(Comparison between Two Models) ?10.5 风浪的方向谱(Directional Spectrum of the Wind Waves) ?10.5.1 深水风浪方向谱(Directional Spectrum of the Wind Waves for Deep Water) ?10.5.2 重力毛细波谱(Spectrum of Gravity-Capillary Waves) ?10.5.3 风浪的全方向曲率谱(Omni-Directional Curvature Spectrum of Wind Waves) 重点: ?10.3.1 镜面反射理论(Specular Reflection Theory) ?10.3.3 布喇格共振散射(Bragg Resonant Scattering) 难点: ?10.2 标准化雷达后向散射截面(Normalized Radar Backscatter Cross Section) 教学手段与方法: 多媒体教学 28 思考题、讨论题或作业: 1 已知σ[dB]=10 log(σ)，说明标准化后向散射截面σ[dB]和σ的单位。如果σ00000 增加到原来的100倍，σ[dB]增加多少, 0 2 给出布喇格共振条件和入射角θ定义。如果使用5.3GHz的C波段散射计，当入i 射角是 时，水面上波长多少的水波与入射的电磁波共振, 45: 3 镜面反射与风速通过什么函数联系起来,布喇格共振与风速通过什么函数联 系, 4 高度计、散射计能测海上什么变量,一般散射计给出几组解? 5 为什么k=2N ksinθ(公式中N是大于1的整数)不是布喇格共振条件waterradar (condition of Bragg resonance), 6 散射计测量风速和风向的相对平均误差(relative mean error)和准确度 (accuracy)如何, 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 29 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 10 周 第14 次课 时间 11月13日 10 章节或主题: 第十一章 高度计(Altimeter) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: ?11.1 高度计(Altimeter) ?11.1.1 卫星和高度计(Satellites & Altimeter) ?11.1.2 地形几何学(Topography Geometry) ?11.1.3 高度计的应用(Applications of Altimeter) ?11.2 海表面地形(Topography) ?11.2.1 海平面异常和海表面异常(Sea Level Anomaly & Sea Surface Anomaly) ?11.2.2 动力学过程对海表面地形的影响(Influences of Dynamic Processes on Topography) ?11.2.3 海流的反演(Retrieval of Ocean Currents) ?11.2.4 高度计对大地水准面的观测(Altimeter Observation of the Geoid) ?11.2.5 高度计对开尔文波的观测(Altimeter Observation of Kelvin Waves) 重点: ?11.1.2 地形几何学(Topography Geometry) 难点: ?11.1.2 地形几何学(Topography Geometry) 教学手段与方法: 多媒体教学 30 思考题、讨论题或作业: 1 解释概念:Range，Geoid，Topography，Dynamic Height，Geoid Undulation， Reference Ellipsoid。 2 高度计能够观测哪几个物理量,TOPEX/Poseidon高度计的水平分辨率 (horizontal resolution)是多少, 3 大地水准面起伏由什么原因引起,它的变化范围, 4 根据什么方程可以利用海表面动力高度(sea surface dynamic height)h来计算d 海流速度, 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 31 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 11 周 第15 次课 时间 11月20日 11 章节或主题: 第十一章 高度计(Altimeter) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: ?11.3 有效波高(Significant Wave Height) ?11.4 风速的观测(Observation of Wind Speed) ?11.4.1 镜面反射理论和风速反演(Specular Reflection Theory & Wind Speed Retrieval) ?11.4.2 经验模型(Empirical Model) ?11.5 高度计的数据产品(Data Products of Altimeters) ?11.5.1 高度计卫星的地面轨迹(Ground Track of Altimeter Satellites) ?11.5.2 高度计测量的误差(Errors of Altimeter Measurements) ?11.5.3 T/P和Jason-1的数据产品(Data Products from T/P & Jason-1) ?11.5.4 TOPEX/Poseidon 重点: ?11.3 有效波高(Significant Wave Height) ?11.4.1 镜面反射理论和风速反演(Specular Reflection Theory & Wind Speed Retrieval) 难点: ?11.4.1 镜面反射理论和风速反演(Specular Reflection Theory & Wind Speed Retrieval) 教学手段与方法: 多媒体教学 32 思考题、讨论题或作业: 5 高度计测量海面风速的原理是什么,请列出有关公式。TOPEX/Poseidon高度计 测量海面风速的水平分辨率(horizontal resolution)是多少,请推测它的刈幅宽 度(swath width)应该是多少, 6 根据什么原理高度计可测有效波高, 7 ERS-1/2高度计和TOPEX/Poseidon高度计测量海表面高度的精度分别是多 少, 8 什么是卫星的重复周期,ERS-1/2和TOPEX/Poseidon的重复周期分别是多 少, 9 高度计测量的误差来源主要有哪些, 10 填空:大地水准面起伏h的变化范围在 _____ 和 _____ 之间，从现有测量获g 得的大地水准面高度h的均方根等于 _____ 。 g 11 填空:For TOPEX/Poseidon, each measurement of sea level height has a precision of _____ and an accuracy of _____ for typical oceanic conditions, with small geographically correlated errors. In this context, precision ( _____ ) is the ability to determine changes in sea level over distances of 20 km, and accuracy ( _____ ) is the uncertainty of each measurement of sea level when expressed in geocentric coordinates. (选择: ?2.4 cm;?14 cm;?rms;?standard deviation;?absolute mean error) 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 33 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 11周 第16 次课 时间 11月22日 11 章节或主题: 第十二章 合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar) 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本内容: ?12.1 合成孔径雷达简介(Introduction to Synthetic Aperture Radar) ?12.1.1 加拿大的雷达卫星和星载合成孔径雷达(Canada’s RADARSAT & Onboard SAR) ?12.1.2 合成孔径雷达的分辨率(Resolution of Synthetic Aperture Radar) ?12.2 合成孔径雷达的原理(Principle of Synthetic Aperture Radar) ?12.2.1 多普勒效应(Doppler Effect) ?12.2.2 方位分辨率(Azimuth Resolution) ?12.2.3 距离分辨率(Range Resolution) ?12.2.4 机载侧视雷达SLAR(Side-Looking Airborne Radar) ?12.3 合成孔径雷达的应用(Application of SAR) ?12.3.1 一般介绍(General Introduction) ?12.3.2 海浪的方向谱(Directional Spectrum of Ocean Waves) ?12.3.3 海面风(Sea Surface Wind) ?12.3.4 内波(Internal Waves) 重点: ?12.2.1 多普勒效应(Doppler Effect) ?12.2.2 方位分辨率(Azimuth Resolution) 难点: ?12.2.2 方位分辨率(Azimuth Resolution) ?12.2.3 距离分辨率(Range Resolution) 教学手段与方法: 多媒体教学 34 思考题、讨论题或作业: 1 什么是真实孔径雷达，与合成孔径雷达有什么区别和联系, 2 写出合成孔径雷达的距离分辨率(Range Resolution)、方位分辨率(Azimuth Resolution)的表达式。哪一个分辨率与采样时间的卫星通过的距离有关,与 真实孔径雷达的分辨率相比，哪一个量相当于“合成孔径”,合成孔径雷达的 采样距离与卫星速度、采样时间长度有什么关系, 3 合成孔径雷达在海洋遥感中有哪些具体应用, 4 阅读下列加拿大空间局(CSA) 网站，并做出简要的介绍(不超过5号纸打印稿 一页): #intro/ 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 35 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 12 周 第17 次课 时间 11月27日 12 第 13 周 第18 次课 12月4日 13 章节或主题: 讲座2、3:英文教科书-讲座:加拿大遥感中心教材第一章 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2+2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 基本知识介绍(Introduction) 1. Introduction 1.1 What is Remote Sensing? 1.2 Electromagnetic Radiation (重点) 1.3 Electromagnetic Spectrum (重点) 1.4 Interactions with the Atmosphere (难点) 1.5 Radiation - Target 1.6 Passive vs. Active Sensing 1.7 Characteristics of Images 1.8 Endnotes Did You Know Whiz Quiz and Answers 教学手段与方法: PDF格式电化教学 思考题、讨论题或作业: 1)Can "remote sensing" employ anything other than electromagnetic radiation? 2)The first requirement for remote sensing is an energy source which can illuminate a target. What is the obvious source of electromagnetic energy that you can think of? What "remote sensing device" do you personally use to detect this energy? 3)Assume the speed of light to be 3x108 m/s. If the frequency of an electromagnetic wave is 500,000 GHz (GHz = gigahertz = 109 m/s), what is the wavelength of that radiation? Express your answer in micrometres (μm). 4)The infrared portion of the electromagnetic spectrum has two parts: the reflective and the emissive. Can you take photographs in these wavelength ranges? 5)Most remote sensing systems avoid detecting and recording wavelengths in the ultraviolet and blue portions of the spectrum. Explain why this would be the case. 36 6) On a clear night with the crescent or half moon showing, it is possible to see the outline and perhaps very slight detail of the dark portion of the moon. Where is the light coming from that illuminates the dark side of the moon? 7) Is there a passive equivalent to the radar sensor? 8) If you wanted to map the deciduous (e.g. maple, birch) and the coniferous (e.g. pine, fir, spruce) trees in a forest in summer using remote sensing data, what would be the best way to go about this and why? Use the reflectance curves illustrating the spectral response patterns of these two categories to help explain your answer. 9) What would be the advantage of displaying various wavelength ranges, or channels, in combination as colour images as opposed to examining each of the images individually? 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 37 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 13 周 第19 次课 时间 12月6日 13 第 14 周 第20 次课 12月11日 14 章节或主题: 讲座4、5:英文教科书-讲座:加拿大遥感中心教材第二章 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2+2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 传感器(Sensors) 2. Sensors 2.1 On the Ground, In the Air, In Space 2.2 Satellite Characteristics 2.3 Pixel Size, and Scale 2.4 Spectral Resolution (难点) 2.5 Radiometric Resolution (难点) 2.6 Temporal Resolution (难点) 2.7 Cameras and Aerial Photography 2.8 Multispectral Scanning 2.9 Thermal Imaging 2.10 Geometric Distortion 2.11 Weather Satellites 2.12 Land Observation Satellites 2.13 Marine Observation Satellites 2.14 Other Sensors 2.15 Data Reception 2.16 Endnotes Did You Know Whiz Quiz and Answers 教学手段与方法: 多媒体教学 思考题、讨论题或作业: 1)What advantages do sensors carried on board satellites have over those carried on aircraft? Are there any disadvantages that you can think of? 2)As a satellite in a near-polar sun-synchronous orbit revolves around the Earth, the satellite crosses the equator at approximately the same local sun time every day. Because of the orbital 38 velocity, all other points on the globe are passed either slightly before or after this time. For a sensor in the visible portion of the spectrum, what would be the advantages and disadvantages of crossing times (local sun time) a) in the early morning, b) around noon, and c) in the mid afternoon? 3)Look at the detail apparent in each of these two images. Which of the two images is of a smaller scale? What clues did you use to determine this? Would the imaging platform for the smaller scale image most likely have been a satellite or an aircraft? 4)If you wanted to monitor the general health of all vegetation cover over the Canadian Prairie provinces for several months, what type of platform and sensor characteristics (spatial, spectral, and temporal resolution) would be best for this and why? 5)Hyperspectral scanners (mentioned in Chapter 2.4) are special multispectral sensors which detect and record radiation in several (perhaps hundreds) of very narrow spectral bands. What would be some of the advantages of these types of sensors? What would be some of the disadvantages? 6) If the spectral range of the 288 channels of the CASI (Compact Airborne Spectrographic Imager) is exactly 0.40 μm to 0.90 μm and each band covers a wavelength of 1.8 nm (nanometres, 10-9 m), will there be any overlap between the bands? 7) Suppose you have a digital image which has a radiometric resolution of 6 bits. What is the maximum value of the digital number which could be represented in that image? 8) How would thermal imagery be useful in an urban environment? 9) If you wanted to map a mountainous region, limiting geometric distortions as much as possible, would you choose a satellite-based or aircraft-based scanning system? Explain why in terms of imaging geometry. 10)Explain why data from the Landsat TM sensor might be considered more useful than data from the original MSS sensor. Hint: Think about their spatial, spectral, and radiometric resolutions. 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 39 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 15 周 第21 次课 时间 12月18日 15 第22 次课 12月20日 章节或主题: 讲座6、7:英文教科书-讲座: 加拿大遥感中心教材第三章 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2+2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 微波(Microwaves) 3. Microwaves 3.1 Introduction 3.2 Radar Basic 3.3 Viewing Geometry & Spatial Resolution 3.4 Image distortion 3.5 Target interaction 3.6 Image Properties 3.7 Advanced Applications 3.8 Polarimetry 3.9 Airborne vs Spaceborne 3.10 Airborne & Spaceborne Systems 3.11 Endnotes Did You Know Whiz Quiz and Answers 教学手段与方法: 多媒体教学 40 思考题、讨论题或作业: 1)How could we use radar images of different wavelengths and/or polarizations to extract more information about a particular scene? Think back to Chapter 1, the general characteristics of remote sensing images, and Chapter 2, interpretation of data from optical sensors. 2)Explain how data from a non-imaging scatterometer could be used to extract more accurate information from an imaging radar. 3) Explain why the use of a synthetic aperture radar (SAR) is the only practical option for radar remote sensing from space. 4) If an agricultural area, with crops such as wheat and corn, became flooded, what do you think these areas might look like on a radar image? Explain the reasons for your answers based on your knowledge of how radar energy interacts with a target. 5) Outline the basic steps you might want to perform on a radar image before carrying out any visual interpretation. 6) Can sound waves be polarized? 7) A particular object or feature may not have the same appearance (i.e. backscatter response) on all radar images, particularly airborne versus spaceborne radars. List some of the factors which might account for this. 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 41 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 16 周 第23 次课 时间 12月25日 16 章节或主题: 讲座8:英文教科书-讲座: 加拿大遥感中心教材第四章 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 图像分析(Image Analysis) 4. Image Analysis 4.1 Introduction 4.2 Visual interpretation 4.3 Digital processing 4.4 Preprocessing 4.5 Enhancement 4.6 Transformations 4.7 Classification 4.8 Integration 4.9 Endnotes Did You Know Whiz Quiz and Answers 教学手段与方法: 多媒体教学 思考题、讨论题或作业: 1)One 8-bit pixel takes up one single byte of computer disk space. One kilobyte (Kb) is 1024 bytes. One megabyte (Mb) is 1024 kilobytes. How many megabytes of computer disk space would be required to store an 8-bit Landsat Thematic Mapper (TM) image (7 bands), which is 6000 pixels by 6000 lines in dimension? 2) What would be the advantage of geometrically correcting an image to geographic coordinates prior to further analysis and interpretation? 3) You want to perform a classification on a satellite image, but when examining its histogram, you notice that the range of useful data is very narrow. Prior to attempting classification, would you enhance the image with a linear contrast stretch? 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 42 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 17 周 第24 次课 时间 1月3日 17 章节或主题: 讲座9:英文教科书-讲座: 加拿大遥感中心教材第五章 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 应用(Applications) 5. Applications 5.1 Introduction 5.2 Agriculture 5.3 Forestry 5.4 Geology 5.5 Hydrology 5.6 Sea Ice 5.7 Land Cover 5.8 Mapping 5.9 Oceans & Coastal 5.10 Endnotes Did You Know Whiz Quiz 教学手段与方法:多媒体教学 思考题、讨论题或作业: What on earth is this 'feature' and how is it that RADARSAT can 'see' it? 大量思考题在教材(因配有图像，不便于全部拷贝)。 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 43 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 18 周 第25 次课 时间 1月8日 18 章节或主题: 复习 授课方式: 讲授? 实践 学时数:1 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 复习 教学手段与方法: 多媒体教学+习题讨论 思考题、讨论题或作业: 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 44 海洋环境学院本科生课程教案 周次 第 19 周 第26 次课 时间 1月15日 19 章节或主题: 期末考试。 授课方式: 讲授? 实践 学时数:2 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 教学手段与方法: 思考题、讨论题或作业: 注:一般的每两个课时为一个教案单元。每次三课时的可按三课时为一个教案单元。 45 46 47